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- Ténacité et dureté dans la ZAT selon NF EN 1011-2
  15 octobre 2020Cours de soudageCe cours sur l’étude de la norme NF EN 1011-2 concerne les temps de refroidissements. C’est donc une alternative aux méthodes de l’IRSID. Une méthode par calcul et une par graphique est expliquée. Le cours précédent concernait aussi la norme NF EN 1011-2 mais étaient axée sur la détermination des températures de préchauffage. Une application était proposée: Températures préchauffage Application températures préchauffage Aspect fondamental des aciers ferritiques Le soudage des aciers ferritiques produit une zone où la microstructure est modifiée. Selon le type de microstructure, les ténacités (capacité d’un matériau à résister à la propagation d’une fissure) et les duretés sont également modifiées. Cette modification dépend surtout de la nuance de l’acier, des différence de températures atteints dans un temps donné. On prendra donc en compte les paramètres: Composition chimique Températures Temps de refroidissement entre les passes Influence de la nuance On considère que la ténacité décroit lorsque la taille des grains et la fraction des constituants microstructuraux durs (bainitiques et martensitiques) augmentent.Pour les aciers au carbone ou carbone et manganèse qui ne contiennent pas d’éléments limitant la croissance de l’austénite lors du soudage, seule une maitrise rigoureuse du temps de refroidissement assurera une ténacité adéquate dans la ZAT.Pour les aciers au carbone et manganèse micro-alliés, une combinaison judicieuse des éléments pouvant former des précipités de carbure ou de nitrures stables à haute température permet de limiter la croissance des grains d’austénite et de favoriser une germination intragranulaire de la ferrite durant la transformation de l’austénite. Cette croissance des grains dépend de la quantité et du type des éléments favorisant la formation de carbures et de nitrures. Ces aciers correspondants sont donc moins sensibles à une altération de la ténacité de la ZAT. Les aciers concernés sont les aciers ferritiques faiblement alliés (trempés et revenus), résistants au fluage (le fluage est la capacité qu’a un matériau à résister à la déformation dans le temps.), aciers résistants aux basses températures et aciers au nickel. Aucun comportement uniforme ne peut donc être pris en compte. Effet des conditions de soudage sur les caractéristiques mécaniques Les échauffements et refroidissements rapides pendant le soudage, influent fortement sur les caractéristiques mécaniques de l’assemblage. Elles sont influencées par: les épaisseurs des matériaux la forme de la soudure l'apport de chaleur la température de préchauffage On appelle généralement t8/5 (parfois t800/500) le temps de refroidissement. C’est le temps mis à un cycle pour passer de 800°C à 500°C au niveau de la ZAT. De manière générale, plus le temps de refroidissement est grand, et plus l’énergie de rupture augmente. La dureté de la ZAT s’affaiblit quand t8/5 augmente. Importance du temps de refroidissement Plus le temps de refroidissement est long, plus l’énergie de rupture s’augmente, par contre la dureté diminuera.Pour les aciers non alliés à haute résistance et les aciers ferritiques faiblement alliés, les temps de refroidissement t8/5 des passes de remplissage, et des passes de remplissage se situent généralement entre 10 et 25s. Ceci est une généralité. Chaque situation étant différente, il conviendra de vérifier pour sa propre situation. Calcul du temps de refroidissement Avant de commencer, il faudra connaitre les abréviations suivantes utilisées dans les formules: Le temps de refroidissement sera différent selon si l’on soudera en bout à bout, en angle, sur un tube. En plus de ces particularités, ces variations sont appelées soudage bi-dimensionnel et soudage tri-dimensionnel. On pourra déterminer sur la figure D4 (ci-dessous) si l’on a un écoulement calorifique bi-dimensionnel ou tridimensionnel. Ce diagramme utilise les paramètres épaisseurs de transition (dt), l’apport de chaleur (Q), et la température de préchauffage (Tp) , quelque soit le procédé de soudage utilisé. On pourra ainsi déterminer si l’écoulement calorifique est bi-dimensionnel ou tridimensionnel. Ils faut donc s’aider des figures D3 et D4. Lorsque l’écoulement calorifique est tridimensionnel et et que le temps de refroidissement est indépendant de l’épaisseur du matériau, le temps de refroidissement est calculé en utilisant la formule ci-après: avec Q suivant la formule suivante: Pour les aciers non alliés et les aciers faiblement alliés on peut utiliser la formule suivante en utilisant pour F3 les valeurs du tableau ci-après (D1): Lorsque l’écoulement calorifique est bi-dimensionnel et que le temps de refroidissement dépend de l’épaisseur du matériau, le temps de refroidissement est calculé en utilisant l’équation suivante: Pour les aciers non alliés et les aciers faiblement alliés, l’équation à appliquer est la suivante: Détermination graphique du temps de refroidissement On peut aussi prévoir approximativement t8/5 avec l’apport de chaleur (Q) avec les figures D5 et D6, et en utilisant les type d’écoulement calorifiques déterminés avec la figure D4. La norme donne ces informations supplémentaires: Mesure du temps de refroidissement Temp. préchauffage EN 1011 Préchauffage Séférian, BWRA Temps refroidissemement IRSID Cours de soudage et métallurgie Application Préchauffage EN 1011 Livres sur le soudage...
- Exercice de détermination de temps de préchauffage
  12 octobre 2020Cours de soudagePréambule Ceci est ma propre interprétation de la norme EN 1011-2. Il est possible que j’ai fait des approximations non convenables. Dans ce cas, merci de me contacter et de me corriger. Mail (rocdacier@ gmail com) ou forum ou facebook. En cours de rédaction. Il manque actuellement quelques courbes et quelques liens. Enoncé A l’aide des méthodes A (C2), B (C3) de la norme NF EN 1011-2 et avec Séférian, nous devons déterminer les éventuelles températures de préchauffage pour la configuration suivante:Nuance: S355 J2Procédé utilisé: 135Fil utilisé: SAF-FRO FILCORD E (Classe hydrogène D)Intensité mesurée: 222 ATension mesurée: 27 VVitesse de soudage: 30 cm/minSchéma de la préparation: Extrait de certificat matière du S355 J2: Cours requis et norme NF EN 1011-2: Méthode A de la norme FN EN 1011-2 Méthode B de la norme FN EN 1011-2 Méthode Séférian Déterminer la température de préchauffage avec EN 1011-2 - Méthode A - C2 Phase a: Déterminer le Carbone équivalent grâce à la formule: La norme indique aussi que si seuls le carbone et le manganèse sont indiqués dans le certificat matière il convient d’ajuster le résultat avec un ajout de 0,03. Comme ici le cuivre est donné, on peut essayer avec la formule qui ne fait intervenir que le carbone et le manganèse soit: On constate que la valeur est “identique” dans les 2 cas. On constate aussi que la méthode s’applique puisque nous somme avec un acier non allié et que notre Ce est compris entre 0,30 et 0,70. Dans notre cas, on utilise un fil d’apport dont la classe d’hydrogène est D et le carbone équivalent de 0,55. On utilisera le tableau C2.f de la norme. Il faut néanmoins calculer l’apport de chaleur et l’épaisseur combinée afin de pouvoir utiliser le graphique. L’épaisseur combinée correspond pour notre soudure avec délardage à la somme des épaisseurs de métal de base moyennée sur une distance de 75mm. Je pars de l’hypothèse qu’on va négliger la préparation. Pour l’épaisseur de 20 mm, comme elle est constante, on prendra d2=20 mm. Pour le calcul de la valeur d1 on doit calculer la valeur moyenne de la deuxième épaisseur sur 75mm. Donc on va considérer qu’on a une épaisseur moyenne de 25 mm (20+30/2) sur 40 mm + 30 mm sur 35 mm. Donc l’épaisseur d1= (25x(40/75))+(30x(35/75)). d1= 27,3 mm. Donc on a une épaisseur combinée de d1+d2 (voir norme) = 27,3+20 = 47,3 mm.Epaisseur combinée utilisée: 47,3 mm Nous avons besoin de calculer l’apport de chaleur (appelé ici énergie de soudage) tel qu’il est défini dans la norme NF EN 1011-1: Pour notre cas, on a :– k = 0,8 (Procédé MAG)– U = 27 V– I = 222 A– v = 30 cm/min soit 300 mm pour 60s. donc 5mm/s ==> v= 5mm/s Avec nos données et cette méthode on évalue une température de préchauffage d’environ 100 à 125°C. Déterminer la température de préchauffage avec EN 1011-2 - Méthode B - C3 Avec cette méthode on calcule le carbone équivalent avec la formule suivante Pour nos valeurs, avec C=0,23, Mn=1,7 et Cu=0,6: Calcul de TpCET avec la formule TpCET= 750x CET -150 (°C):TpCET = (750 x 0,43)-150 TpCET = 172.5 °CRappel: TpCET et le calcul de la température de préchauffage en prenant en compte le carbone équivalent. On peut aussi le mesurer graphiquement(moins précis): Calcul de Tpd (Température de préchauffage en prenant en compte l’épaisseur de la tôle):Soit on utilise la formule, ou le graphique. Dans cette formule tgh correspond à la fonction de la tangente hyperbolique. Sur les calculatrices modernes, vous pouvez taper tanh(). Dans le cas où vous n’auriez pas la fonction tanh(), vous pouvez aussi remplacer tanh(z) par: Dans notre cas on peut calculer Tpd = 160x tgh((20+27,3/2)/35)-110 (°C)Le calcul de 20+27,3/2 correspond à la moyenne des épaisseurs. On obtient par calcul Tpd = -15.8°COn peut aussi l’estimer graphiquement: Calcul de TpHD (prise en compte de l’hydrogène): La formule est TpHD = 62 x HD 0.35 –-100(°C)Donc pour notre cas, on va calculer TpHD = 62 x 5 0.35 -100 (5 correspond au maximum de 5 ml/100g de métal déposé)Donc TpHD = 8,9°COn peut l’estimer graphiquement: Calcul de TpQ (Prise en compte de l’apport de chaleur):TpQ= ((53 x CET -32)x Q)-53 x CET + 32 (°C)Donc TpQ = ((53 x 0,43 – 32) x 0,96 – (53 x 0,43) +32TpQ = 0,37 °CEstimation graphique: La température de préchauffage TP = TpCET + TpD + TpHD + TpQTP = 172,5 -15,8 + 8,9 + 0,37TP = 166 °C selon cette méthode Déterminer la température de préchauffage avec Séférian Avec Séférian la formule utilisée pour calculer le Carbone équivalent correspond à celle de la méthode A. Donc on peut prendre Ceq = 0,54. Les épaisseurs moyennes calculées sont de 20+27,3/2 = 23,65 mm.Le carbone équivalent compensé (avec prise en compte de l’épaisseur ) est Ceq.C= Ceq x (1+0,005e)Ceq.C = 0,54x (1+0,005 x 23,65) donc Ceq.C = 0,6038Calcul de la température de préchauffage: avec la formule Tp = 350√ (Ceq.C – 0.25)Tp = 350√ (0,6038 – 0.25) donc Tp = 208 °C Déterminer la température de préchauffage avec BWRA Une autre alternative consisterait à utiliser BWRA pour déterminer la température de préchauffage:Cette méthode est utilisée particulièrement pour le soudage à l’électrode enrobée. Dans notre cas, on ne pourra pas l’utiliser Conclusion Avec la méthode A de la norme NF EN 1011-2, on obtient : entre 100 et 125°CAvec la méthode B de la norme NF EN 1011-2, on obtient :166°CAvec la méthode de Séférian, on obtient : 208°CEtant donné les écarts suivant les méthodes, il conviendra d’effectuer un préchauffage dans les pages de 100 à environ 200°C. Il faudra ajuster autour en fonction des résultats obtenus. Méthode A de la norme FN EN 1011-2 Méthode B de la norme FN EN 1011-2 Méthode Séférian Livres sur le soudage...

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